主孔断层的处理
烧钻、卡钻、埋钻事故的预防和处理，在本工种系列教材《高级工程师》中已有描述，这里只讨论上述其他井眼故障的预防和处理。
(一)钻杆断裂事故
1.钻杆断裂的原因
随着钻井的深入，钻柱变长，钻柱的径长比(钻杆直径与钻柱长度的比值)逐渐减小。钻杆在孔中不是刚性的，而是一个弹性的柔性细长柱。钻井时，钻柱在下压上拉的情况下，要克服旋转时产生的扭力。即钻柱在各种复杂的力的作用下工作，所以很容易断裂。导致钻柱断裂的主要因素有:
1)施加在钻头上的压力过大，即WOB过大。
2)钻柱承受各种过大应力时，转速过高。
3)钻头切削岩石时，岩石嵌入深度过大，岩石破碎阻力过大时，扭矩增大。
4)下入井内的钻杆不合格(如弯曲钻杆、已超过磨损极限的钻杆)或新旧钻杆、磨损程度不同的钻杆不分批、分段使用。
5)钻遇卡、埋、烧后硬顶拉。
6)孔内岩粉清除不彻底，钻具阻力过大，成孔无力强行启动。
7)接头和钻杆丝扣选择不当、连接过紧或过松、丝扣被弄脏不更换、上扣时强行拧坏丝扣等丝扣“打滑”现象对断钻杆是致命的。
2.钻杆断裂的迹象
1)泥浆泵压力表上的压力值下降。钻进时，泥浆通过钻柱和大直径钻具到达孔底，冷却钻头后，从孔壁间隙携带岩粉回到地面(正循环下)。在其流经的通道中，不断受到管壁和孔壁的摩擦阻力、钻柱中心孔收缩造成的压头损失和孔内泥浆的液柱压力。在同一孔深下，泵压相同，且随孔深的增加而逐渐增大。钻杆断了，泥浆循环出现“短路”现象，泥浆到不了孔底，就会从断的部分向上回流。此时，孔内摩擦阻力和液柱压力减小，泵压立即降低，压力表指针突然降低。从压力下降可以大致估算出钻杆柱断裂的深度。压力下降越多，破裂的部分越靠近孔口。
2)钻机指重表指针剧烈摆动后，会上升或下降。钻井时，WOB确定后，钻机指重表的指针往往保持某一指标。如果钻杆断裂，钻机垂直油缸的压力会突然变化，并传递到指重表，因此指重表的指针会剧烈摆动。如果钻孔中有许多钻杆断裂，并且它们的质量超过了原来施加在钻头上的压力，指重表的指针就会下降，因为此时立筒的载荷已经减小。同时，立轴油缸将剩余钻杆向上运送；如果钻孔中断裂的钻杆很少，则其质量小于施加在钻头上的原始压力。因为立轴油缸承受的负荷上升，指重表指针上升。此时可将钻具提离孔底称重(应在钻到底前称重)。与钻到底前的称重值相比，只要钻杆断了，断后的重量都比原来低，但并不明显是孔内断钻杆太少。
3)钻杆在孔内断断(断深)时，残钻杆轻快下降。如果遇到断裂的钻杆，旋转时会有磨铁的声音，并伴有跳动现象。
4)若钻杆在芯管附近断裂，可在下降后将钻杆插入取粉管或岩粉中，然后出现泵跳或钻杆跳。
5)提升和下放残余钻柱时，孔深不同。
3.防止钻杆断裂的措施
1)选用优质钢材加工钻杆，改进连接方式，提高钻具强度。提高修理和加工质量。
2)新旧钻杆分组重新排列使用。如果新旧程度不同或磨损程度不同的钻杆混用，整个钻柱承受的载荷相同，会加速旧钻杆的磨损，进而使其断裂。因此，钻杆应根据其使用寿命和磨损程度进行分类，一般分为好、中、差、差四个等级。被评为优质的钻杆被用来钻深孔。钻中级深孔，二级钻杆钻浅孔；劣质钻杆应立即报废，不得用于钻井。同一级别的钻杆在使用时也要分成几组，钻至一定深度后要定期使用。
3)保护好螺纹。存放叠放的钻杆时，管壁和螺纹部分必须涂上厚厚的油或油脂，以防腐蚀。为了降低成本，也可以使用废油或油脂来防止腐蚀。钻孔连接钻杆时，应在螺纹上涂抹专用“螺纹油”，以产生润滑、防锈、防腐和接头密封作用，从而保护钻杆的螺纹。在转运过程中，钻杆的丝扣应安装护丝，以避免在运输过程中损坏丝扣，以及在钻孔中误用。
4)钻头压力不是由钻柱加压，而是由钻铤(加重钻杆或加重大直径钻具)来改善钻柱的受力状况和受力状态。钻铤连接在芯管和钻柱之间，钻柱只承受拉力，不承受压力，防止钻柱弯曲，消除钻杆的弯曲应力和压应力，使钻具转动平稳，防止井斜，减少孔壁磨损，即减少钻杆断裂事故。
5)合理选择钻井参数，精心操作。根据岩层的硬度和破碎程度，选择合适的WOB和转速钻进冲积层，在颗粒不均匀、破碎的坚硬岩层中，适当降低WOB和转速。保持井径均匀和井眼直立，防止井眼超径和缩径，减少钻柱摩擦阻力。当因孔内岩粉过多或其他原因造成孔内阻力过大时，不允许突然启动，应缓慢启动或清除后再启动。遇有烧、埋、卡在孔内时，不得用吊卡(或千斤顶)强行起出，起出要缓慢均匀，同时上下交替进行，防止钻杆断裂。
4.钻杆打捞工具和打捞方法
(1)钻杆公锥
钻杆推进是打捞落(断)入井内钻杆的专用工具。它有两种形式，即正螺纹公锥和负螺纹公锥。正螺纹公锥用于打捞落入井眼的所有钻柱。显然，只有钻柱没有被卡或者卡的程度不严重，才能成功打捞。当钻柱被卡时，反丝扣公锥与反丝扣钻杆连接，下入井内，分段打捞断钻杆。公锥采用优质钢材，螺纹部分经过渗碳热处理，使其具有足够的硬度和耐磨性。当它与钻孔中断裂的钻杆接合时，它可以螺纹连接在钻杆的内壁上，使它们牢固地接合在一起，从而打捞断裂的钻杆。公锥为圆锥形，便于打捞顺利进入钻杆断口。若断钻杆稍有偏斜，可在公锥上部接一根短而微弯的钻杆，下放至孔内，便于取钻杆破头。
(2)钻头公锥
钻头的公锥下部有一个圆柱形中空的可以通水的导向体，导向体的唇面镶嵌有几种硬质合金，用来钻取钻头内破碎的残余岩心。取出岩心后，公锥可以取出钻头。
(3)钻杆母锥
钻杆锥是将断裂的钻杆头包裹起来进行打捞的专用工具。采用优质短钢管锻造而成，内壁车螺纹扣，渗碳热处理硬化。上端转动的螺纹与钻杆连接。母锥也可分为直螺纹和反螺纹，以便打捞整个钻柱和分段折断钻杆。由于其下端呈喇叭口状，比公锥更容易抓住断裂的钻杆，然后将其拧在断裂的钻杆外壁上，使连接牢固，打捞断裂的钻杆。有时破孔中的钻杆稍有偏斜，母锥可以起到一定的导向作用。
还有带导轨的公锥和母锥。由于它们的圆柱形壳体和导向件，将断裂的钻杆引入导向件的可能性增加，这使得阳锥体或阴锥体能够方便地抓住断裂的钻杆并打捞在孔中断裂的钻杆。
(4)钻杆打捞矛
是打捞钻杆的专用辅助工具，截面为方形，整体呈金字塔形。可用于扶正靠在孔壁上的钻杆，探查钻杆断裂位置。首先用钻杆将打捞矛下入井内，找到断端并插入其中，然后慢慢扭动钻具，解除钻杆断端对孔壁的倚靠附着，再下入公锥或母锥，接住孔内的断钻杆。
(5)钻杆导向钩
当断钻杆在孔内倾斜时，必须先下放钻杆导向钩进行导向，然后才能下放带导向的公锥和母锥，将钻杆打捞到断孔内。
各种打捞钻杆专用工具如图1-39、图1-40、图1-41所示。
图1-39钻杆公锥和母锥
a-钻杆公锥；b——钻杆母锥
图1-40钻杆拾取器
图1-41钻杆打捞钩
5.岩心管脱落和打捞
芯管脱落的原因有三:一是芯管上端螺纹磨损或螺纹处管壁薄易变形；二是芯管与变径接头的螺纹连接松动；三、钻孔弯曲过大或直孔采用弯曲芯管。
芯管脱落后，可通过钻杆接头用与芯管内径相适应的公锥打捞。若有岩心，且岩心管被卡，可先用小直径十字钻头下入岩心管内，将岩心破碎取出。芯管移动后，可用钻杆公锥打捞。如果芯管上端的变径接头还在，可以用钻杆公锥打捞，也可以用钻杆公锥倒扣变径接头。
(B)硬质合金钻头的刀具刃口塌陷和脱落
1.合金刀具崩刃和脱落的危害
1)如果硬质合金钻头上的刀具出现局部崩刃，其他完整的刀具将承受过大的钻进不均匀载荷，使刀具磨损速度加快，进尺变短，起下钻时间增加，纯钻时间减少，影响钻进效率。这种效果在深孔钻削中尤为明显。
2)如果硬质合金钻头内刃塌陷，岩心容易破碎堵塞，不利于取心。如果外缘坍塌，孔径会变小(完全硬岩层)。下另一个钻头时，必须先扩大钻孔，否则容易被卡。
3)硬质合金崩刃、断裂或脱落后，由于其密度大，冲洗液不可能将其带走，合金颗粒会混入岩粉中，停留在钻头周围。此外，由于其硬度大，会逐渐磨损完好的刀具和钻头体周围的焊铜，使更完整的刀具从钻头上脱落，孔底的硬质合金越聚越多，造成更严重的后果。
4)碎裂脱落的硬质合金颗粒残留在孔内或粘(嵌)在孔壁上，就像合金“车刀”一样。钻具旋转时，不断转动钻杆和钻具，对钻头体和岩心管的转动更为严重。一般情况下，钻头体和芯管会因切口深、磨损大而报废，严重时芯管会在孔内脱落甚至断裂。
虽然刀具小，在孔内处理塌边、脱落容易，但如果不及时处理，任其发展，对钻井工作带来的危害不亚于其他断层。
2.刀具崩刃和脱落的原因
1)阶层原因。由于钻孔倾角陡、裂缝多、节理片理发育、硬度不均以及应时矿脉、燧石结核等岩层，刀具容易崩刃，硬质合金切屑在钻进砾石层、河床、堆积层时更容易崩刃、断裂。
2)焊接质量不好肯定会造成刀具崩掉。
3)操作不当也是崩边、脱落的重要因素。(1)拆装钻头时，钳子咬入硬质合金片使其断裂或压碎。(2)在下钻过程中，钻头经过变径、缩径、弯孔等地方时，速度过快，发生强烈碰撞，造成刀具崩断。将钻头放在孔的底部也会导致切割工具坍塌和断裂。(3)在清扫掉落的岩心或切割事故钻具时，也容易造成刀具崩断。(4)每次下钻到底，刚开始钻进时，不是先用轻压慢慢下入孔底，而是用大WOB和高转速钻进，导致刀具崩刃。这种情况在实际工作中相当普遍。
(3)孔内硬质合金的打捞方法
1.粉管冲洗打捞方法
这种方法适用于孔内岩粉少、孔底残留岩心少、崩落硬质合金颗粒小的情况。下取粉管至孔底，开泵冲洗钻孔，并不断上下移动，转动钻具，充分搅拌孔底冲洗液，冲洗硬质合金颗粒。当冲洗高度超过取粉管时，孔壁上的环形间隙突然增大，冲洗液向上返回速度急剧下降，使质量较大的合金颗粒下沉落入取粉管。搅拌洗涤一定时间后，应暂时停止搅拌和泵送，以利于合金颗粒下沉。
如果刀具崩刃严重，硬质合金颗粒较大，可在取粉管底部接一个平底铣刀头或十字钻头，经旋转研磨和向下冲击后，用大泵冲洗打捞。
2.小孔钻孔法
即在孔底用直径比原孔小两个台阶的钻头钻一个深度为10 ~ 20 cm的小孔，使从孔中脱落的合金颗粒落入其中，再用原孔直径的钻头钻岩心包裹合金颗粒。
使用这种方法时，钻完一个小孔后，要打开大泵冲洗孔，上下移动钻具充分搅拌，使孔内的合金颗粒尽可能或全部落入小孔内。下入原钻具取物时，钻具应缓慢下降至孔底，盖住小孔后，在低压下缓慢旋转并用小泵钻进，超过小孔深度后再正常钻进。取核的时候要保证成功，否则之前的所有努力都白费了。
(4)打捞落入洞中的工具等小物件。
起钻后，由于井眼没有盖紧或忘记盖好，在井眼附近进行工作。不小心，小工具(如锤子、扳手、钳子、螺母、螺栓、垫圈等。)用过不小心掉进洞里。由于这些工具形状各异，不制作或准备专用打捞工具，很难打捞。
因此，为防止工具等小物件落入孔内，起钻后应立即用废麻袋将孔口盖紧，在孔口盖紧前，不可在孔口附近使用小工具等作业。孔口附近使用的小工具最好事先用绳子绑在附近的框架上。用千斤顶起出套管或处理卡在孔内的钻具时，使用前必须用绳子将卡瓦捆在一起。
小物件落入洞中后，必须使用专用打捞工具才能成功打捞。以下是一些特殊的钓鱼工具和方法。
1.抓住管子
抓管可以用废弃的芯管或套管现场制作。将选定的要做抓管的管子一端在火中加热退火使其变软，然后用钢锯锯成150 ~ 250 mm齿。齿的下端锯成稍向内偏的尖锥，另一端的螺纹必须完好，便于连接减速器和处理事故。工具等小物件落入孔内后，用钻杆将抓管送入孔内。如果落物没有完全覆盖，可以稍微转动抓管，覆盖后向下压，轻轻猛拉几次，使抓管的齿靠近中心并闭合，从而接住落物。
为了有效地将细小、光滑或片状的坠物牢牢地夹在抓管内，可以先将适量的带有麻纤维的泥球放入孔中，然后再下放到抓管内进行抓取。
2.磁性钓鱼器
磁性打捞工具是一种特殊的打捞工具，用于打捞小型金属工具、小型金属物体、钻头、钻头、鳍片等。打捞效果好，工作无故障。选购时应选用磁性较强的磁铁合金，经久耐用，不受振动和温度变化的影响，腐蚀后也不会失去磁性。
3.钢丝绳矛打捞
螺旋打捞矛是打捞落井钢丝绳的专用工具，用直径为12 ~ 20 mm的钢筋锻造捻制而成，下端呈钳形，上端与钻具螺纹连接。打捞矛的表面应尽量粗糙，两矛之间的距离应大于落入孔内的钢丝绳直径，以便于打捞工作。
掉出孔外的钢丝绳在孔内呈螺旋状无序盘绕，送入孔内的打捞矛插在盘绕的钢丝绳上，适当加压旋转钻具，使钢丝绳牢牢缠绕在打捞矛上，然后上提钻具，即可从孔内捞出。
图1-42、图1-43和图1-44分别显示了抓管、钢丝绳矛和钻杆永磁打捞装置的结构。
图1-42抓管结构示意图
图1-43钢丝绳打捞矛
图1-44钻杆永磁打捞装置
1—钻杆；2-异径接头；3-导管的异径接头；4-母锥；5-导管；6-偏心喇叭连接器；7-铝青铜夹具；8—永久磁铁